Расчёт пневмоцилиндров

Поскольку пневматические приводы работают на постоянном подводимом давлении Р сжатого воздуха в пределах 0,4–10 МПа, то выбор пневмоцилиндров проводят на основе расчета их диаметров, а пневматических моторов - на основе расчета их рабочих объемов.

Диаметр зажимных пневмоцилиндров определяется, исходя из усилия зажима F, приведенного к штоку пневмоцилиндра, по зависимости F = PS,

где S - эффективная площадь цилиндра.

Для пневмоцилиндра с двусторонним штоком

                               (12)

где D и d - соответственно диаметры цилиндра и штока. Задавшись диаметром штока (или определив его размер, исходя из условий прочности под действием силы зажима), определяют диаметр штока.

Если пневмоцилиндр с односторонним штоком, то необходимо знать, в какую полость (штоковую или бесштоковую) будет подаваться рабочая среда для зажима. Как правило, это бесштоковая полость, поскольку в этом случае необходимая сила зажима будет достигаться при меньшем диаметре цилиндра. Тогда

                                           (13)

Часто для зажимных целей применяют пневмоцилиндры одностороннего действия с односторонним штоком и пружинным разжимом.

В этом случае необходимо при расчете диаметра цилиндра учитывать и силу пружины , где с - жесткость пружины, l₀ - пред-варительный натяг, l - ход поршня при зажиме. Тогда

                                  (14)

Рассчитав диаметр цилиндра D, из каталогов выбирают пневмоцилиндр с ближайшим большим диаметром (это дает запас по силе зажима) и ходом поршня, удовлетворяющим условиям зажима.

Если для зажима используется пневмомотор, то его выбор ведут по рабочему объему v.

Расчетное значение определяют по формуле: , где М - величина вращающего момента, приведенная к валу пневмомотора.

Расчет конструктивных параметров пневмодвигателей, работающих в цикле автоматизированного технологического оборудования, проводится с учетом времени их срабатывания и сил трения. Учет времени срабатывания обычно осуществляется путем введения параметра загрузки х [3], показывающего отношение действительной нагрузки F к величине теоретической силы F_т, развиваемой пневмодвигателем, т.е. . Так, для пневмоцилиндров приводов движения рекомендуется принимать х =0,4 - 0,5. При больших значениях х резко возрастает время срабатывания, а при меньших - использование пневмоцилиндра неэффективно.

Учет сил трения осуществляется путем введения коэффициента k, учитывающего потери энергии на преодоление сил трения. При малых нагрузках (до 600 Н) k =0,5 - 0,2, при нагрузках от 600 до 6000 Н k = 0,2 - 0,12, при F = 6000 - 25000 Н k = 0,15 - 0,08 [3]. Тогда диаметр горизонтально работающего пневмоцилиндра определяется из выражения:

                                              (15)

Если цилиндр работает в вертикальном положении, то следует учитывать силу веса перемещаемых масс (поршень, шток и соединенные с ним массы узлов оборудования).

Получив расчетный размер цилиндра, по его значению и длине хода подбирают из каталогов удовлетворяющий условиям работы пневмоцилиндр.

В случае работы пневмоцилиндра в динамическом режиме (частые и быстрые реверсы) при расчете необходимо учитывать динамические нагрузки (силы инерции). Они легко определяются, зная массы перемещаемых пневмоцилиндром узлов и законы движения (разгон, торможение, равномерное движение), благодаря которым находят возникающие при работе привода ускорения.

Работа пневматических двигателей связана с изменением объемов сжатого воздуха, его периодическим то сжатием, то расширением, что сопровождается изменением температуры. При расширении воздуха (особенно при выхлопе в атмосферу), происходит выпадение росы (увеличение влажности воздуха). Появление влаги на стенках пневмоаппаратуры, трубопроводов и пневмодвигателей приводит к их повышенной коррозии и преждевременному выходу из строя.